ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Kiến trúc máy tính (Computer Architecture) Giảng viên: ThS Phạm Thị Minh Thu Bộ môn Tin học, Khoa Toán Tin Trường Đại học Khoa học (thupm84@gmail.com) Thái Nguyên - 2011 Bài giảng KTMT 1/57 Giới thiệu môn học  Thông tin môn học • Số tín chỉ: 02 (25t Lý thuyết + 5t tập) • Môn học tiên quyết: Tin sở, Xử lý tín hiệu số, Toán rời rạc  Mục tiêu: – Có kiến thức kiến trúc tổ chức máy tính, – Nhận biết hoạt động, tổ chức phận máy tính, đặc biệt nhớ CPU – Hiểu rõ ảnh hưởng tập lệnh kiểu đánh địa đến hiệu máy tính computer – Hiểu rõ quan hệ tập lệnh, kiểu địa chỉ, pipeline phân cấp nhớ (cache, chính, ảo) Bài giảng KTMT 2/57 Nội dung môn học Chương 1: Nhập môn Chương 2: Kiến thức sở Chương 3: Bộ nhớ hệ thống lưu trữ Chương 4: Bus Interconnection Chương 5: Tập lệnh Chương 6: Tổ chức chức CPU Bài giảng KTMT 3/57 Giới thiệu môn học  Yêu cầu  Đi học đầy đủ, tích cực  Làm tiểu luận  Đánh giá: • Điểm = (CC+GK+Tiểu luận)*0.1 + Thi CK*0.7 • GK: Viết-60’; Cuối kỳ: Viết-60’  Tài liệu tham khảo  Nguyễn Đình Việt, Kiến trúc máy tính, Nxb Đại học Quốc gia  Vũ Chấn Hưng, Giáo trình Kiến trúc máy vi tính, Nxb Giao thông vận tải  William Stallings, Computer Organization and Architecture Bài giảng KTMT 4/57 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC Kiến trúc máy tính Chương 1: Nhập môn Giảng viên: ThS Phạm Thị Minh Thu Bộ môn Tin học, Khoa Toán Tin (thupm84@gmail.com) Thái Nguyên - 2011 Bài giảng KTMT 5/57 Nội dung 1.1 Máy tính phân loại 1.2 Kiến trúc máy tính 1.3 Sự tiến hóa máy tính Bài giảng KTMT 6/57 1.1 Máy tính phân loại a) Máy tính  Máy tính (Computer) thiết bị điện tử thực công việc sau: • Nhận thông tin vào, • Xử lý thông tin theo dãy lệnh nhớ sẵn bên trong, • Đưa thông tin  Dãy lệnh nằm nhớ yêu cầu máy tính thực công việc cụ thể gọi chương trình (program)  Máy tính hoạt động theo chương trình Bài giảng KTMT 7/57 Các thành phần máy tính Bài giảng KTMT 8/57 Mô hình phân lớp máy tính Bài giảng KTMT 9/57 Phần sụn (firm ware): phần mềm nhúng vào mạch điện tử Phần cứng? Phần cứng: Hệ thống vật lý máy tính (mạch điện tử, nhớ, hình, bàn phím, ) Phần mềm Phần mềm: chương trình liệu (hệ điều hành, Word, Excel, Game, ) Bài giảng KTMT 10/57 Hãng IBM  IBM – (International Bussiness Machine)  1953 – IBM 701  Máy tính lưu trữ chương trình IBM  Sử dụng cho tính toán khoa học  1955 – IBM 702  Các ứng dụng thương mại Bài giảng KTMT 43/57 IBM 701 Bài giảng KTMT 44/57 b)Máy tính dùng transistor  Máy tính PDP-1 DEC (Digital Equipment Corporation): máy tính mini  IBM 7030  Hàng trăm nghìn phép cộng/ giây  Các ngôn ngữ lập trình bậc cao đời Bài giảng KTMT 45/57 Máy tính DEC PDP-1 (1960) Bài giảng KTMT 46/57 IBM 7030 (1961) Bài giảng KTMT 47/57 c) Các máy tính dùng IC  Mạch tích hợp (IC – Integerated Circuit): dùng nhiều transistor tích hợp chip bán dẫn  Siêu máy tính xuất hiện: CRAY-1, VAX  Bộ vi xử lý (microprocessor) đời:  Bộ vi xử lý  Intel 4004 (1971) Bài giảng KTMT 48/57 VAX 11 (1981) Bài giảng KTMT 49/57 Micro VAX Bài giảng KTMT 50/57 Siêu máy tính CRAY Bài giảng KTMT 51/57 Intel 4004 – vi xử lý bit Bài giảng KTMT 52/57 Luật Moore  Gordon Moore –người đồng sáng lập Intel  Luật:  Số transistors chip gấp đôi sau 18 tháng  Giá thành chip không thay đổi  Mật độ cao nên đường dẫn ngắn  Kích thước nhỏ nên độ phức tạp tăng lên  Điện tiêu thụ  Hệ thống chip nên tăng độ tin cậy Bài giảng KTMT 53/57 Tăng trưởng số transistor chip CPU Bài giảng KTMT 54/57 Luật Moore  Gordon Moore –người đồng sáng lập Intel  Luật:  Số transistors chip gấp đôi sau 18 tháng  Giá thành chip không thay đổi  Mật độ cao nên đường dẫn ngắn  Kích thước nhỏ nên độ phức tạp tăng lên  Điện tiêu thụ  Hệ thống chip nên tăng độ tin cậy Bài giảng KTMT 55/57 HẾT CHƯƠNG Bài giảng KTMT 56/57 Q&A [...]... nên máy tính điện tử Bài giảng KTMT 24/57 Kiến trúc máy tính Kiến trúc máy tính bao gồm hai khía cạnh: Kiến trúc tập lệnh: nghiên cứu máy tính theo cách nhìn của người lập trình Tổ chức máy tính: nghiên cứu phần cứng máy tính  Kiến trúc tập lệnh thay đổi chậm, tổ chức máy tính thay đổi rất nhanh Bài giảng KTMT 25/57 Ví dụ  Các máy tính PC dùng các bộ xử lý Pentium III và Pentium IV: Chung kiến trúc. .. diện giữa máy tính với các thiết bị ngoại vi, các kỹ thu t bộ nhớ) Tổ chức máy tính: chỉ các khối, các đơn vị của máy tính điện tử và sự liên kết giữa chúng Bài giảng KTMT 23/57 Khái niệm: Kiến trúc- …  Với một máy tính:  Có thực hiện được phép nhân hay không thu c phạm trù kiến trúc máy tính;  Thực hiện phép nhân bằng mạch nhân hay mạch cộng thu c phạm trù tổ chức máy tính  Kiến trúc máy tính là... Máy ảnh số  Bộ điều khiển trong máy giặt, điều hòa  Router Giá thành từ vài USD đến hàng trăm USD Bài giảng KTMT 21/57 Máy tính nhúng Router Máy tính nhúng dùng cho các ứng dụng công nghiệp Bài giảng KTMT 22/57 1.2 Kiến trúc máy tính Khái niệm: Kiến trúc – Cấu trúc -Tổ chức Kiến trúc là những thu c tính có thể can thiệp bởi người lập trình Cấu trúc là những thu c tính phần cứng trong suốt với người...Hình ảnh phần sụn Bài giảng KTMT 11/57 b) Phân loại máy tính  Phân loại truyền thống  Máy vi tính (Microcomputers)  Máy tính nhỏ (Minicomputers)  Máy tính lớn (Mainframe Computers)  Siêu máy tính (Supercomputers)  Phân loại hiện đại  Máy tính cá nhân (Personal Computers)  Máy chủ (Server Computers)  Máy tính nhúng (Embedded Computers) Bài giảng KTMT 12/57 5 kiểu máy tính hiện nay MIPS? MIPS:... tập lệnh Tổ chức khác nhau Bài giảng KTMT 26/57 Kiến trúc tập lệnh  Kiến trúc tập lệnh của máy tính bao gồm: Tập lệnh: Tập hợp các chuỗi số nhị phân mã hóa cho các thao tác mà máy tính có thể thực hiện được Các kiểu dữ liệu: Các kiểu dữ liệu mà máy tính có thể xử lý Bài giảng KTMT 27/57 Cấu trúc cơ bản của máy tính Bài giảng KTMT 28/57 Các thành phần cơ bản của máy tính Bộ xử lý trung tâm (Central... Second Bài giảng KTMT 13/57 Máy tính cá nhân  Là loại máy tính phổ biến nhất Gồm:  Máy tính để bàn (Desktop)  Máy tính xách tay (Laptop) Năm 1981: IBM giới thiếu máy tính IBMPC sử dụng bộ xử lý Intel 8088 Năm 1984: Apple đưa ra Macintosh sử dụng bộ xử lý Motorola 68000  Giá thành từ hàng trăm đến hàng nghìn USD Bài giảng KTMT 14/57 Personal Computer Bài giảng KTMT 15/57 Máy chủ - Server Là máy. .. tính Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn điện tử chân không (1950s) Thế hệ 2: Máy tính dùng transistor (1960s) Thế hệ 3: Máy tính dùng vi mạch IC (1970s) Thế hệ 4: Máy tính dùng vi mạch VLSI (1980s – nay) Bài giảng KTMT 30/57 Một số hình ảnh Bài giảng KTMT 31/57 What? ENIAC Bài giảng KTMT 32/57 a) Máy tính dùng đèn điện tử ENIAC – Máy tính điện tử đầu tiên Electronic Numerical Intergator And Computer Dự... năng tính toán cao Dung lượng bộ nhớ lớn Giá thành từ hàng nghìn đến hàng chục triệu USD Bài giảng KTMT 16/57 MiniComputer Bài giảng KTMT 17/57 Supermini NORD-5 1972 VAX 11/780 Bài giảng KTMT 18/57 Mainframe Bài giảng KTMT 19/57 SuperComputer Bài giảng KTMT 20/57 Máy tính nhúng Được đặt trong thiết bị khác để điều khiển thiết bị đó làm việc Được thiết kế chuyên dụng Ví dụ:  Điện thoại di động  Máy. .. 1943, hoàn thành năm 1946 Bài giảng KTMT 33/57 ENIAC  Nặng 30 tấn  18000 đèn điện tử và 1500 rơle nhiệt  5000 phép cộng/giây  Xử lý theo số thập phân  Bộ nhớ chỉ chứa dữ liệu Lập trình bằng cách thiết lập vị trí của các chuyển mạch và các cáp nối Bài giảng KTMT 34/57 Máy tính ngày nay có những cải tiến gì so với ENIAC? Bài giảng KTMT 35/57 Máy tính Von Neumann Đó là máy tính IAS: Princeton Institute... điều khiển hoạt động của máy tính và xử lý dữ liệu Bộ nhớ chính (Main Memory): Chứa các chương trình và dữ liệu đang được sử dụng Hệ thống vào ra (Input/ Output System): Trao đổi thông tin giữa máy tính với bên ngoài Liên kết hệ thống (System Connection): Kết nối và vận chuyển giữa các thành phần với nhau Bài giảng KTMT 29/57 1.3 Sự tiến hóa của máy tính Thế hệ 1: Máy tính dùng đèn điện tử chân